Cửa sổ ảnh hưởng rất lớn đến việc sưởi ấm và làm mát ngôi nhà. Duy trì nhiệt độ sinh hoạt phù hợp trong nhà tiêu thụ một lượng lớn năng lượng, chiếm 20 đến 40% ngân sách năng lượng quốc gia ở các nước phát triển.

Một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Đại học Pittsburgh và Đại học Oxford thúc đẩy sự phát triển cửa sổ thông minh, tiết kiệm năng lượng lên một bước quan trọng, đề xuất một thiết kế "cửa sổ thông minh" mới, hấp thu năng lượng mặt trời mùa đông để sưởi ấm ngôi nhà, phản chiếu ánh sáng mặt trời vào mùa hè để làm mát. Công trình nghiên cứu được xuất bản trên tạp chí ACS Photonics, được tài trợ trong khuôn khổ chương trình Hợp tác Công nghệ linh hoạt và Thiết bị đeo EPSRC.

Nathan Youngblood, PGS Kỹ thuật điện và máy tính tại Pittsburgh, tác giả công trình nghiên cứu cho biết, sự sáng tạo chính là những cửa sổ này có thể thay đổi nhu cầu theo mùa. Cửa sổ hấp thụ ánh sáng hồng ngoại gần từ mặt trời vào mùa đông, chuyển hóa thành nhiệt trong tòa nhà. Những tháng mùa hè, cửa sổ sẽ phản xạ ánh sáng hồng ngoại mặt trời.

Nhóm nghiên cứu phát triển lớp phủ lên kính cửa sổ có thể điều chỉnh quang phổ, độ phát xạ thấp, sử dụng vật liệu thay đổi pha trên cơ sở chalcogenide (Ge20Te80), có thể điều chỉnh dòng nhiệt mặt trời qua cửa sổ nhưng vẫn duy trì màu trung tính và sự truyền ánh sáng liên tục ở các bước sóng nhìn thấy được.

Lớp phủ là phim mỏng, một tập hợp các lớp vật liệu quang học dày dưới 300nm với một lớp hoạt tính mỏng từ vật liệu thay đổi pha, có thể thu năng lượng cận hồng ngoại vào mùa đông và phản xạ hồng ngoại vào mùa hè. Vật liệu đổi pha, chuyển đổi giữa hai trạng thái vô định hình và tinh thể, cho phép điều chỉnh lượng năng lượng mặt trời qua cửa sổ trong khi duy trì màu sắc và độ trong suốt.

Các nhà khoa học cũng thử nghiệm thành công sự chuyển đổi nhanh chóng, dưới mili giây có kiểm soát từ hấp thu năng lượng hồng ngoại sang bức xạ hồng ngoại bằng phương pháp tích hợp máy sưởi điện trong suốt trên đế kính. Những chức năng kết hợp này tạo ra một cửa sổ thông minh hiệu quả và đẹp mắt về mặt thẩm mỹ. Ánh sáng nhìn thấy được truyền gần như tương đương ở cả hai trạng thái, do đó sẽ không nhận thấy sự thay đổi trên cửa sổ.

 Không có sự biến đổi đáng kể về ánh sáng khi vật liệu đổi pha giữa vô định hình và tinh thể.

Vật liệu có thể được điều chỉnh như 30% vật liệu làm tán xạ nhiệt, 70 % hấp thụ nhiệt và phát xạ trong nhà, cho phép kiểm soát nhiệt độ chính xác hơn.

Harish Bhaskaran, GS Khoa Vật liệu Đại học Oxford, chủ nhiệm công trình nghiên cứu cho biết, các nhà khoa học khai thác việc điều tiết những bước sóng vô hình được truyền hoặc phản xạ để điều chỉnh nhiệt độ. Sử dụng các cửa sổ thông minh này, bao gồm cả năng lượng cần thiết để điều khiển phim tiết kiệm từ 20 đến 34% năng lượng sử dụng hàng năm so với việc cửa sổ hai lớp thường thấy trong nhà.

Nhóm nghiên cứu đã phối hợp với Bodle Technologies, một công ty chuyên sản xuất màng phản chiếu siêu mỏng, có thể hoạt động như màn hình bằng phương pháp kiểm soát màu sắc và ánh sáng, công ty thiết kế kỹ thuật Eckersley O'Callaghan, công ty Plasma App chuyên sản xuất màng mỏng để chế tạo nguyên mẫu phim màng mỏng phủ cửa số.

Vấn đề thương mại hóa cửa sổ thông minh có thể điều chỉnh còn nhiều khó khăn phải vượt qua, nhưng những kết quả ban đầu cho thấy ứng dụng tiềm năng trong cuộc sống, tiết kiệm năng lượng và giải quyết một phần vấn đề biến đổi khí hậu.